基于压力传感器的婴儿呛奶窒息监测系统的设计.docx

基于压力传感器的婴儿呛奶窒息监测系统的设计
 
 
汤少娴　植文浩　莫忠
摘 要：本文基于压力传感器设计了一种防止婴儿呛奶窒息的睡眠呼吸监测系统。监测系统由婴儿可穿戴设备和单片机主控芯片两个部分组成。穿戴设备上主要是HKH-11C数字呼吸传感器，通过压电材料在人体腹部检测人呼吸产生的腹部收缩和舒张压力的变化来采集婴儿的呼吸信号，经过前置放大、信号调理、幅度调整、AD、USB通信等电路，输出呼吸波形数据，然后通过数据接口与单片机进行数据的传送与接收，实现婴儿呛奶窒息的及时监测。该婴儿呛奶窒息的呼吸监测系统可以实时地监测到婴儿在睡眠时的呼吸波，并且在婴儿发生呛奶时可发生警报。
关键词：监测系统;压电传感器;窒息
一、绪论
婴儿的健康成长对一个家庭的重要性不言而喻，对婴儿进行必要的监护能够促进婴儿健康成长。然而，婴儿呛奶窒息导致死亡的事件频频发生。婴儿经常会出现呛奶现象，因为婴儿的胃容积比较小、贲门括约肌还没发育成熟，关闭不紧，以至奶水逆流。由人体的气管结构可知，人体的食道开口与气管开口在咽喉部的位置是相通的，这样会导致婴儿在呛奶时奶水极其容易逆流到气管，容易导致吸入性肺炎，甚至奶汁堵塞了气道，发生呼吸困难和缺氧窒息死亡，而发生呛奶的最佳抢救时间极短，如抢救不及时极易造成婴儿窒息死亡[1-3]。另外，呛奶窒息的情况大多出现在婴儿睡觉的时候。在日常生活当中，婴儿是一种特殊的人群，他们没有形成完整的意识，尚未具有自主表达个人意愿的能力，所以监护人往往只能利用婴儿发出的哭泣声作为信号去查看婴儿是否处于不正常的状态。但是，监护人很难做到对婴儿的24小时无间歇照看，特别是晚上监护人也处于深度睡眠时。因此，在窒息的状态下婴儿很难通过哭啼的方式去引起监护人的注意。若监护人没有及时察觉到婴儿发生窒息，在短短的幾分钟内婴儿便会因为窒息缺氧造成不可逆的脑损伤，严重时甚至会有生命危险。因此，通过技术手段实现对婴儿呛奶窒息的预防是非常有必要的[4]。
呼吸是人体的重要生理过程，呼吸有两种方式，一种是腹式呼吸，还有一种是胸式呼吸。婴儿、儿童以及男性的呼吸方式都是以腹式呼吸为主的，所以在初睡时腹式呼吸比较重，肚子会起伏，这是正常现象。呼吸时主要可见腹部起伏是因为呼吸肌以膈肌运动为主。因此，可通过监测婴儿腹部变化来判断其呼吸情况，并结合技术手段实现对婴儿呛奶窒息进行预防[5-7]。
本文以MSP430芯片作为主控制器，压力传感器为信号采集模块。开发一款防止婴儿呛奶窒息的呼吸监测系统。通过USB数据线将传感器和单片机结合在一起，形成数据输入处理系统。单片机将传感器采集的数字信号加以处理，通过无线数据传输模块把呼吸信号数据传输到蜂鸣器，实现报警预防。
二、系统总体设计
目前，国内市场关于婴儿呛奶的监测装置主要基于氧气浓度、二氧化碳浓度的检测。本文设计的系统主要包括两大部分，一部分是对婴儿呼吸状态检测的信息采集模块，采用压力传感器直接采集腹部呼吸信号;另一部分是对所接收数据进行分析处理，并控制报警的实时监测模块，采集的数据经过前置放大、信号调理、幅度调整、A/D转换、USB通信等电路，输出呼吸波形数据，然后通过数据接口与单片机进行数据的传送与接收，实现婴儿呛奶窒息的及时监测。系统整体设计框图如图1所示。
三、系统硬件设计
（一）数